對于工程師來說，對采用新型的差分和四端口射頻設(shè)計架構(gòu)的高速半導(dǎo)體器件的需求日益增長。目前，四端口架構(gòu)在高速無線產(chǎn)品中已經(jīng)很流行。

     對于四端口設(shè)計的射頻測量來說，必須在四個端口上，而不是通常的兩個端口上對射頻測試系統(tǒng)進(jìn)行驗證和校準(zhǔn)。但是，增加了兩個端口的效果可不是將兩個兩端口加起來那么簡單，而所帶來的復(fù)雜性和產(chǎn)生的問題呈指數(shù)增加。進(jìn)一步說，直到今天，先進(jìn)的“寬容限探測(probing-tolerant)”四端口校準(zhǔn)技術(shù)都還沒有研發(fā)出來。

     本文將討論如何解決四端口器件測量中出現(xiàn)的復(fù)雜問題，以及如何確保射頻測量系統(tǒng)的精度、可靠性和可重復(fù)性。

     簡介

     從兩端口網(wǎng)絡(luò)測量升級到四端口網(wǎng)絡(luò)測量對工程師提出了很多挑戰(zhàn)。例如，有人可能會問，“我的兩端口vna校準(zhǔn)能夠直接用于四端口設(shè)計嗎？”答案很明確：根本不行！而且，還會出現(xiàn)一些與四端口校準(zhǔn)所用的雙信號晶片探測和阻抗標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)的其他一些問題。

     四端口器件測量所產(chǎn)生的獨特問題主要包括：

     1. 探頭位置的不正確所引起的測量誤差；

     2. 校準(zhǔn)單元的電知識不完整；

     3. 缺乏先進(jìn)的可用于四端口校準(zhǔn)的vna；

     4. 對非理想的四端口校準(zhǔn)架構(gòu)的敏感度問題；

     5. 雙信號探頭的高串?dāng)_問題。

     基于探頭探測的四端口器件的測量本身也存在一些真正的挑戰(zhàn)。校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)中探頭位置的變化將會引起其電特性偏離所定義的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)。當(dāng)這些探頭位置相互移動時，也會引入校準(zhǔn)誤差。通常，還沒有各種標(biāo)準(zhǔn)的不同電定義。隨著端口數(shù)的不斷增加(就像目前的四端口)，需要對更多的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測量。在最壞的情況下，所需測量的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)可能正比于n2（n為網(wǎng)絡(luò)的端口數(shù)量）。

     圖1：傳統(tǒng)探頭與雙信號低阻探頭之間的性能比較。

     一種四端口射頻晶片級測量解決方案

     一個成功的四端口射頻測量的完整解決方案包括：一個帶有用于增強導(dǎo)引的數(shù)字成像系統(tǒng)的晶片探測器，低串?dāng)_雙信號探頭，雙阻抗標(biāo)準(zhǔn)基片(iss)，相位穩(wěn)定電纜和帶有為四端口優(yōu)化的先進(jìn)校準(zhǔn)算法的專用校準(zhǔn)和測量軟件。

     該方案的特點為：

     1. 具有自動級差的固定探頭定位；

     2. 對標(biāo)準(zhǔn)的探頭誤差具有低敏感度；

     3. 所需的標(biāo)準(zhǔn)和定義數(shù)最少；

     4. 能夠容忍非理想的標(biāo)準(zhǔn)；

     5. 射頻雙信號探頭的串?dāng)_低；

     6. 先進(jìn)的四端口校準(zhǔn)方法。

     在四端口晶片上實現(xiàn)差分測量

     四端口測量的首要挑戰(zhàn)是能夠確保精確的、可重復(fù)的校準(zhǔn)和驗證結(jié)果的正確系統(tǒng)設(shè)置。當(dāng)構(gòu)建一個四端口測試系統(tǒng)時，每個分量都應(yīng)該單獨考慮。

     矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀

     對于固定模式和差分測量來說，目前的四端口vna采用多路兩端口校準(zhǔn)（每個端口上接短路-開路負(fù)載）。這就需要每個單端口進(jìn)行一遍的激勵。vna用算術(shù)方法將單模式數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成混合模式。這是的主要限制在于被測器件必須是線性的，以便用于混合模式中各項的精確計算。

     雙差分探頭

     四端口測試需要雙探頭或差分探頭。盡管雙探頭技術(shù)不是新技術(shù)，確是目前在多端口分析和校準(zhǔn)技術(shù)中實用的測試技術(shù)。對于更精密的差分測量，則需要具有信號間低串?dāng)_的探頭。

     圖2：混合校準(zhǔn)（lrrm-solr）與solt校準(zhǔn)兩種方案中插入損耗的交叉?zhèn)鬏斁�比較。

     gsgsg和gssg 探頭的比較

     對于四端口設(shè)計,gsgsg(地-信號-地-信號-地)型探頭是理想的探頭，適用頻率可以高達(dá)67ghz。接地連接將多個信號分離開，從而始終優(yōu)于gssg(地-信號-信號-地)型探頭。在這種完美的探頭中，將幾乎沒有串?dāng)_，而傳統(tǒng)的探頭中將產(chǎn)生無法解決的串?dāng)_。

     相反， gssg型探頭還具有信號間的高耦合